JP3760129B2 - Single mode fiber ring laser - Google Patents
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- H01S3/0675—Resonators including a grating structure, e.g. distributed Bragg reflectors [DBR] or distributed feedback [DFB] fibre lasers
Description
【0001】
【関連出願の相互参照】
本願は、1999年8月12日付けで出願された、米国仮特許願第60/149,239号の優先権を主張するものである。
【0002】
【背景】
本出願は、光ファイバ装置とレーザに関し、詳細には単一モードファイバーリングレーザに関する。
【0003】
ファイバーリングレーザは、閉じたファイバループを用いてリング状光共振器を形成することにより構成される。ファイバーリングは、選択された励起波長での光励起ビームに応答して、スペクトル領域内あるいは特定された励起スペクトル領域内で光利得を生み出すことができるレーザ利得媒体としてのドープされた(doped)ファイバの少なくとも一部を含む。ファイバーリングは、光フィードバックを行い、利得スペクトル領域内の一つ以上の波長でフォトンを巡回させる。
【0004】
2つの動作条件を満たすと、ファイバーリング内において利得スペクトル領域中のレーザー波長でレーザー発振が生ずる。第1の条件とは、そのレーザ波長での全光利得がファイバーリング内の全光損失を超えることである。第2は、ファイバーリング内の一巡に関する光の位相遅延が360度か360度の倍数となることである。Er(エルビウム)ドープファイバのようなドープファイバの利得スペクトル領域は広帯域幅を持つのが普通であり、したがって周波数が異なる複合モードを同時発振できる。単一モード発振は、他のモードを抑制する一方、特定モードを選択して発振させることにより達成される。
【0005】
様々な応用へ単一モードレーザ発振が必要とされている。例えば波長分割多重方式(WDM)を用いてファイバ通信リンクの容量を拡大し、様々なWDM波長で様々な光波を同時送信している。普通に用いられているWDM波長の標準規格のひとつは、国際電気通信連合(ITU)標準規格であり、そこでは様々な光波のWDM波長がITUのグリッド周波数に適合することが要求される。したがって、各レーザ送信器は、指定のWDM波長での単一モードで動作する必要がある。単一モードレーザ発振の他への応用には、とりわけ、正確な分光測定や非線形光学処理が含まれている。
【0006】
ファイバーリングレーザは、新世代の、小型で低価格、そしてロバストなレーザ源として浮上しており、WDMシステムや、単一モード発振が要望される他への応用のために単一モード発振を発生する。
【0007】
【発明の概要】
本出願は、光ファイバとファイバ回折格子装置とを用いて単一モードファイバーリングレーザを構成する手法と装置を含む。
【0008】
図面において、同一符号は同一構成を示す。
【0009】
本開示の手法と装置は、ファイバーリング共振器で単一モード動作を得るために、ファイバ回折格子に基づく異なるタイプの波長選択式ファイバ装置を定義する。
【0010】
第1のタイプは、ファイバ回折格子カプラであり、これはフィルタとして動作するので、ファイバ回折格子カプラの反射帯域幅内の波長の光エネルギーだけがファイバーリング共振器で光増幅される一方、他のいずれの波長の、増幅された自然発生エミッションの利得も抑制される。第2のタイプはファイバーファブリペロー共振器であり、共振状態にあるとともにファイバーファブリペロー共振器が伝播(transmission)ピークにある単一リングレーザモードだけを選択するために、共振器の反射器として2つのブラッグ回折格子を有する。
【0011】
図1は、本開示のひとつの実施の形態によるファイバーリングレーザ100を示す。ファイバーリング共振器はファイバ110と120を含み、両者は2つの異なる位置にある2個のファイバ回折格子カプラ(fiber grating coupler)102と104により互いに結合されている。ファイバ110の少なくとも一部はレーザ利得媒体112としてドープ(dope)されていて、選択可能な励起波長で光励起(pump)されるときは利得スペクトル領域(gain spectral range)内の各波長で、あるいは励起スペクトル領域内の各波長で光利得を生み出す。ファイバ120のような、ファイバーリング共振器のファイバの他の部分が、全体の利得を増すようにドープされてもよい。ファイバ110と120の何れか一方の位置で、ファイバーリング内のフォトン(photon)を一方向に巡回させるためにアイソレータ114が使用される。2個の近接させた同一ファイバ回折格子131と132は、ファイバ110と120の何れか一方に作られて、ファイバーファブリペロー共振器(fiber Fabry-Perot resonator)130を形成するとともに、一つのリングキャビティモードを選択すると同時にそれを発振させる。
【0012】
ファイバ利得媒体(fiber gain medium)112は、レーザ発振用の、利得スペクトル領域内に所望の光学遷移を持つようにドープされている。例えば、希土類イオンの原子遷移が、可視波長から遠赤外波長までのレーザを生成するために使用される。通常用いるシリカファイバの光損失は約1.55ミクロンで最小になるため、1.55ミクロンで光信号を生成するためのErドープファイバ増幅器(EDFA)は、光ファイバ通信の応用では特に有用である。図1に示すように、カプラ102と104間のファイバ110の一部または全区間がドープされてもよい。それに代えて、カプラ102と104間のファイバ120、あるいはファイバ110とファイバ120の両方、の一部または全体がドープされてもよい。
【0013】
ファイバーリングレーザ100は、ファイバ110へ結合される励起ビーム106により光励起され得る。適切な励起波長は、好ましくは、ドープされた範囲の利得スペクトル領域の外側の波長であり、普通はレーザ波長より短い。例えば、Er+3イオンがシリカ/フッ化物ファイバにドープされ、980nmまたは1480nmで光励起されると、1.55ミクロンでレーザ発振を生ずる。励起ビーム106を生成する励起光源は、LEDまたはレーザダイオードを含み、レーザ波長でフォトンを生成するために、ドープされたファイバ利得媒体112の少なくとも一つの光学遷移と共振する一つ以上の励起波長で励起光を生成する。ファイバ110は、励起ビーム106を受光するために、光源に直接的に結合されても、あるいは光カプラを介して間接的に結合されてもよい。
【0014】
図2によれば、ファイバ回折格子カプラ102と104の各々は、結合領域200で2つのファイバ110と120を互いに結合する4ポートカプラである。ファイバ回折格子202は結合領域200内に形成される。ファイバ110と120、結合領域200、およびファイバ回折格子202は、4ポート210,220,230,240を備えたポートカプラが特定波長選択カプラとして動作するよう設計されている。より詳細には、ファイバ回折格子202の反射帯域幅内の選択された波長は、あるファイバ(例えば、ファイバ110のファイバ端末210)により受信される場合、ファイバカプラの同じ側の別のファイバ(例えば、ファイバ120のファイバ端末220)へ反射され返される。この反射ビームは元の入力ファイバへは戻らない。しかし、回折格子の反射帯域幅の外側の波長のビームがカプラのファイバ(例えば、ファイバ110の端末210)へ送り込まれた場合、ビームはファイバ回折格子202と相互作用することはなく、別のファイバに結合されない。その代わりビームは、結合領域200を通って同じファイバ内を伝播し続け、同じファイバの他端(例えば、ファイバ110の端末230)で外に出る。
【0015】
上記ファイバ回折格子カプラは、2つの異なる構成で設計されてもよい。全反射構成では、ファイバ回折格子202は、選択された波長のビームは基本的に別のファイバへ全反射されるよう設計される。それに代えて部分反射構成では、ファイバ回折格子202は、ビーム(例えば、ファイバ110の端末210における241)の一部が選択された波長で、結合領域200の同じ側の他方のファイバ(例えば、ファイバ120の端末220)へ反射して戻される(例えば242)一方、残りのビーム(例えば243)が同じファイバの結合領域200の他方の側(例えば、ファイバ110の端末230)へ伝播するように設計される。例えば、図1のシステム100で、カプラ102をほとんど全反射可能に設計してもよく、カプラ104を部分反射性とし、ファイバ120からのレーザ出力を発生してもよい。
【0016】
ファイバ回折格子カプラ102と104の典型的な実施は、Kewitsch他の米国特許第5,805,751号および第5,875,272号に開示された回折格子支援モードカプラを含む。2本のファイバ110と120は、異なる導波路モードをサポートするように、結合領域200で局部的に異なっている。その結果、ブラッグ条件下で反射帯域幅内の選択された波長での入力ビームは、ファイバ110のポート210から結合領域200へ入った後に、同じ選択された波長でファイバ120によりサポートされる別の導波路モードで、別のファイバ120のポート220へファイバ回折格子202により反射される。この回折格子支援モード結合は実質的に光損失を減らすか、またはなくしてしまう。したがって、上記ファイバ回折格子カプラ102と104は、光の結合とフィルタリングを、幾つかのアドドロップフィルタにおいて一般的に用いられる従来の巡回器より効率的に提供できる。
【0017】
図1に示すファイバーリングレーザ100では、ファイバ回折格子カプラ102と104はともに、ドープされた利得媒体112の一つ以上の所望するレーザ波長をカバーする共通の反射帯域幅を持つように設計されてもよい。作動において、ファイバ110へ結合された励起ビーム106は、ファイバ120へ結合されることなくファイバ110に残る。これは、励起波長が一つ以上のレーザ波長と異なっていて、かつ反射帯域幅の外側にあるからである。ファイバ110のドープされた部分112は励起ビーム106の一部を吸収し、利得スペクトル領域内の一つ以上のレーザ波長、および別の波長で自然発生エミッションを発生する。吸収されなかった励起ビーム106は同じファイバ110のファイバーリングを出て、この出てきたビームを使って、一つ以上の別のファイバーリングレーザーを励起してもよく、これらファイバーリングレーザーは、ファイバ110へ結合され、同じ励起ビームを共有するとともに異なるレーザ波長でレーザ放射する。
【0018】
ドープされた利得媒体112により生成される、異なる波長での自然発生エミッションは、ファイバ回折格子カプラ102と104によりフィルタリングされ、反射帯域幅内の波長のフォトンだけがファイバーリングへ反射され返され、ドープ部分112で更に倍加される。従って、光アイソレータ114があるために、反射帯域幅内の波長のフォトンは、カプラ104のところでファイバ120からファイバ110へ、カプラ102のところでファイバ110からファイバ120へと反射されて、反時計回りにファイバーリング中を巡回する。しかし、反射帯域幅の外側の他の波長のフォトンは、ファイバ回折格子カプラ102と104を伝播することにより、ファイバーリングを出る。従って、好ましくない自然発生エミッションは効率的に抑制される。更に、カプラ102と104は、同時にレーザ放射できるファイバーリングのモード数を、カプラ102と104の反射帯域幅と、2つの隣接するモード間の周波数間隔との比に制限する。カプラ102と104によるこの波長選択可能なフィルタリングは、比較的高い信号対雑音比、およびレーザ発振の作動安定性の達成に使用できる。
【0019】
ドープされた利得媒体112の利得スペクトル領域は概して広く、したがって複合共振器モードは、カプラ102と104の反射帯域幅内のファイバーリングに同時に共存できるようになる。ファイバーファブリペロー共振器130の一機能は、全ての可能なリングキャビティモードから同時に一つのモードを選択して、単一モードで発振させることである。ファイバーファブリペロー共振器のファイバーブラッグ回折格子131と132は同じ回折格子周期を持ち、間を置いて互いに離れている。各ファイバ回折格子は、ブラッグ位相一致条件を満たすブラッグ波長の光を選択的に反射し、他のスペクトル成分を伝播させる反射器として動作する。このブラッグ波長は、ファイバの実効屈折率と回折格子周期の積の2倍に等しい。
【0020】
回折格子131と132はともに、同一格子周期を持つので、同一波長で反射する。回折格子131と132の反射は、単一波長に制限されるのではなく、反射帯域幅を有し、そこでは各回折格子は帯域幅内の任意の波長の光に対する反射性を持つ。各回折格子の反射帯域幅は回折格子強度の関数であり、それは、ファイバ屈折率に関わる周期的変調の深さと各回折格子の周期の数とに依存する。したがって、離間した2個の回折格子131と132は、反射帯域幅内のブラッグ波長の光についてだけファブリペローキャビティを形成する。
【0021】
ファブリペローキャビティ130等におけるブラッグ波長の光は、回折格子131と132により反射され、前後に跳ね返って光の干渉を引き起こす。一巡の位相遅延が360度または360度のいずれかの倍数となったとき、構造上の干渉が生じて、共振での伝播ピークを創生する。ファブリペローキャビティ130の光伝播は、位相遅延が共振からはずれると減衰し、位相遅延が共振から正確に180度はずれるとゼロになる。位相遅延が変化し続けると、光伝播は増大を始め、別の共振条件が満たされたときにピーク値に達する。この挙動は、一巡の位相遅延に関して周期的である。この一巡位相遅延は、基本的にファイバの実効屈折率と間隙133の積によって決定され、共振ピークはその積が波長の半分に等しくなると発生する。周波数で表わすと、一巡位相遅延は2つの隣接する共振ピーク間の周波数差を表し、ファブリペローキャビティの自由スペクトル領域(FSR)と呼ばれる。
【0022】
反射帯域幅内のただひとつの単一伝播ピークだけが、ファイバーファブリペローキャビティ130において可能となるのは、ファイバ回折格子131と132の反射帯域幅がFSRより狭い場合である。ファイバーリング共振器の特定モードが選択されるのは、それがファイバーファブリペローキャビティ130の単一伝播ピークとオーバーラップするときである。ファイバ回折格子131と132は、ファイバーファブリペロー共振器の単一伝播ピークが実質的にファイバ回折格子カプラ102と104の反射帯域幅の中心に位置づけられる。これは例えば、回折格子131と132が内部に形成されるファイバの一部を伸張して回折格子の周期を調整することにより達成される。ファイバーリングレーザ100が組立てられた後、リングキャビティモードの一つと、ファイバーファブリペロー共振器130との間のオーバーラップは、フィードバックサーボを用いてファイバを伸張するかまたはファイバの温度を変化させることにより能動的に維持できる。
【0023】
単一モード動作において、ファイバーリングレーザの出力周波数は、様々な内部プロセス(例えばショット雑音や他の変動)、または環境要因(例えば温度や振動の変化)によりドリフトを起こすか、変動することがある。温度変化は、温度補償パッケージ技術により最小に保つことができるが、これには適切な温度膨張係数を有する材料を用いたり、レーザ構成部品の温度を安定化することが含まれる。更に、レーザの作動周波数は、ファイバーファブリペロー共振へ自然に同期(lock)する。この機構がレーザの作動安定度を著しく高めるのは、ファブリペロー共振が、リングキャビティの自由スペクトル領域Δν=c/nLと比較して狭い場合である。ここでcは光速、Lはリングキャビティ長である。これはファブリペロー共振の鋭い分散曲線による起因するのものである。レーザ周波数fの強化された安定度は次式で表される。
【0024】
【数1】
【0025】
ここでΦ’はファブリペロー共振の分散の勾配である。例:Δν=0.5 GHz、Φ’=−2π Rad/0.25GHzでは、光路長(nL)の変化(機械的応力や温度による)に対するレーザの動作安定度の係数は、ファイバーファブリペロー共振器を持たないリングレーザの場合より良好な「3」となる。
【0026】
上記の自己同期機構に加えて、周波数制御サーボを実装して基準周波数に対するレーザ周波数を安定化する。基準周波数は内部のファブリペロー共振または外部の同期器(locker)のどちらでもよい。
【0027】
内部同期器の場合、レーザリングモードが共振のピーク伝播からはずれるとともに、レーザ出力は低下する。したがって、ロジックサーボ回路は、リングモードを修復してファブリペロー共振と一致させる。
【0028】
図3は、外部の基準周波数を有するファイバーリングレーザ300を示す。サーボは、誤差信号発生器310、周波数制御回路320、およびファイバ110かファイバ120に結合されるファイバ伸張要素330を含む。誤差信号発生器310は、ファイバーリングの何れかの部分から(例えば、ファイバカプラ102における小量の洩れからの)、一部のレーザビームを受信して、レーザ周波数を基準周波数と比較する。レーザ周波数と基準周波数間の周波数差を用いて誤差信号を生成する。制御回路320は、誤差信号に基づいてファイバ伸張要素330への修正信号を発生する。次いでファイバ伸張要素330は、ファイバーリングの全長を調整して、レーザ周波数と基準周波数との差を減少させるか、最小化する。
【0029】
誤差信号発生器310のひとつの実施の形態は、ファイバに直角な2つの直交軸に沿って異なる屈折率を有するファイバに形成される別のファイバ回折格子ファブリペロー共振器を含む。2つの近接した共振ピークが軸に沿う2つの直交する偏光に対して発生される。2つのピークの中間での周波数は基準周波数として用いることができる。別の実施の形態では、誤差信号発生器310は、僅かに異なる回折格子周期を持つ2つのファイバ回折格子ファブリペロー共振器を含み、2つの近接した共振ピークを生成する。これらの手法は、1999年8月13日出願の米国特許仮出願第60/149,002号の優先権に基づいて、2000年8月11日に出願された米国特許出願「ファイバ内周波数同期器」に詳細に記載されており、この出願の開示は本明細書に引用して組み込む。
【0030】
図4Aは、直列構成で共通ファイバ110へ結合された2個以上のファイバーリングレーザを有するファイバレーザ400を示す。2個のファイバーリングレーザ410と420が、2つの異なるレーザ出力411と421を、異なる波長でそれぞれ生成することが図示されている。ファイバーリングレーザ410は、光学アイソレータ114Aを備えたファイバ120Aを有する。ファイバーリングレーザ420は、光学アイソレータ114Bを備えたファイバ120Bを有する。第1のファイバーリングレーザ410内のファイバ回折格子装置102A、104Aおよび130Aは、第2のファイバーリングレーザ420内のファイバ回折格子装置102B、104Bおよび130Bと異なる反射波長を持っている。共通のファイバ110を用いて、共通の励起ビーム106をファイバーリングレーザ410と420の両方へ配送する。2個のレーザ410と420のそれぞれにあるファイバ110の2区間は、ドープされて利得領域112Aと112Bを形成する。第2のファイバーリングレーザ420からの励起ビーム106の伝播部分を用いて第1のファイバーリングレーザ410を励起する。ファイバーリングレーザからの伝播励起が十分強力であれば、追加のファイバーリングレーザを共通ファイバ110へ加えることができる。
【0031】
図4Bは、第1のファイバーリングレーザ410のレーザ出力を生成するファイバ120Aが、第2のファイバーリングレーザ420のレーザ出力を生成するファイバ120Bへ接続できることを示す。2つのレーザ波長は異なるので、第1のレーザ410からのレーザ出力は、カプラ102Bと104Bによって結合されることなくファイバ120Bを通って伝播でき、第2のファイバーリングレーザ420からのレーザ出力と混合されて、波長分割多重化出力430を生成する。
【0032】
図5は、ファイバ回折格子カプラ104を一個だけ有するファイバーリングレーザ500を示す。単一のファイバ510を用いてファイバーリングを形成する。この場合、回折格子カプラ104を用いることにより、ファイバ510の2つの別の区間を互いに結合する。ファイバーリング内のファイバ510の一部112は少なくとも、ドープされて利得領域を形成する。
【0033】
幾つかの実施の形態を説明してきた。しかし、様々な変更と改良が可能である。例えば、図1の2個のファイバ回折格子カプラ102と104に、僅かに偏移した2つの反射帯域幅を持たせて、2つの帯域幅が部分的に重複するスペクトル領域内のファイバーリングに残るフォトンの波長を制限できる。これにより、2個のカプラ102と104の反射帯域幅が、基本的に完全にオーバーラップしているレーザ100と比較して、好ましくなく増幅された自然発生エミッションを更に減少できる。別の実施例として、上記の構成と技法は、導波路から形成されるリングレーザへ応用することもできる。
【0034】
これらの、またその他の変形や変更は前記請求項により包含されるものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】 図1は、一実施形態による単一モードファイバーリングレーザを示す。
【図2】 図2は、図1に示すレーザで用いられるファイバ回折格子カプラの動作を示す。
【図3】 図3は、図1に示すレーザへ結合される周波数制御サーボを示す。
【図4A】 図4Aは、共通の励起ビームを共有することにより共通のファイバへ結合される2個以上のファイバーリングレーザを備えるファイバレーザの実施例を示す。
【図4B】 図4Bは、共通の励起ビームを共有することにより共通のファイバへ結合される2個以上のファイバーリングレーザを備えるファイバレーザの実施例を示す。
【図5】 図5は、単一モードファイバーリングレーザの別の実施の形態を示す。[0001]
[Cross-reference of related applications]
This application claims priority from US Provisional Patent Application No. 60 / 149,239, filed Aug. 12, 1999.
[0002]
【background】
This application relates to optical fiber devices and lasers, and more particularly to single mode fiber ring lasers.
[0003]
The fiber ring laser is configured by forming a ring-shaped optical resonator using a closed fiber loop. A fiber ring is a doped fiber as a laser gain medium that can produce optical gain in the spectral region or in a specified pumping spectral region in response to an optical pumping beam at a selected pumping wavelength. Including at least a portion. The fiber ring provides optical feedback and cycles photons at one or more wavelengths in the gain spectral region.
[0004]
When two operating conditions are met, laser oscillation occurs at the laser wavelength in the gain spectral region within the fiber ring. The first condition is that the total optical gain at the laser wavelength exceeds the total optical loss in the fiber ring. Secondly, the phase delay of light for one round in the fiber ring is 360 degrees or multiples of 360 degrees. The gain spectral region of a doped fiber, such as an Er (erbium) doped fiber, typically has a wide bandwidth and can therefore oscillate complex modes of different frequencies. Single mode oscillation is achieved by suppressing other modes while oscillating by selecting a specific mode.
[0005]
There is a need for single mode lasing for various applications. For example, the capacity of a fiber communication link is expanded using wavelength division multiplexing (WDM), and various light waves are transmitted simultaneously at various WDM wavelengths. One commonly used WDM wavelength standard is the International Telecommunication Union (ITU) standard, where the WDM wavelengths of various light waves are required to conform to the ITU grid frequency. Thus, each laser transmitter needs to operate in a single mode at a specified WDM wavelength. Other applications of single mode lasing include, among other things, accurate spectroscopic measurements and nonlinear optical processing.
[0006]
Fiber ring lasers are emerging as a new generation of small, low cost, and robust laser sources that generate single mode oscillations for WDM systems and other applications where single mode oscillation is desired To do.
[0007]
SUMMARY OF THE INVENTION
The present application includes techniques and apparatus for constructing a single mode fiber ring laser using an optical fiber and a fiber grating device.
[0008]
In the drawings, the same reference numerals denote the same components.
[0009]
The techniques and apparatus of the present disclosure define different types of wavelength selective fiber devices based on fiber gratings in order to obtain single mode operation with fiber ring resonators.
[0010]
The first type is a fiber grating coupler, which acts as a filter, so that only the optical energy of a wavelength within the reflection bandwidth of the fiber grating coupler is amplified by the fiber ring resonator, while the other The gain of amplified spontaneous emission at any wavelength is suppressed. The second type is a fiber Fabry-Perot cavity, for fiber Fabry-Perot cavity with in the resonant state to select only a single ring laser modes in the propagation (Transmission) peak, as a reflector of the resonator 2 With two Bragg gratings.
[0011]
FIG. 1 illustrates a
[0012]
A
[0013]
The
[0014]
According to FIG. 2, each of the
[0015]
The fiber grating coupler may be designed in two different configurations. In the total reflection configuration, the fiber grating 202 is designed such that the selected wavelength beam is essentially totally reflected to another fiber. Alternatively, in a partially reflective configuration, the fiber grating 202 is configured such that a portion of the beam (eg, 241 at the
[0016]
Typical implementations of
[0017]
In the
[0018]
Spontaneous emissions at different wavelengths generated by the doped
[0019]
The gain spectral region of the doped
[0020]
Since both
[0021]
The Bragg wavelength light in the Fabry-
[0022]
Only one single propagation peak within the reflection bandwidth is possible in the fiber Fabry-
[0023]
In single mode operation, the output frequency of the fiber ring laser can drift or vary due to various internal processes (eg shot noise and other fluctuations) or environmental factors (eg changes in temperature and vibration). . Temperature changes can be kept to a minimum with temperature compensated packaging techniques, including using materials with appropriate temperature expansion coefficients and stabilizing the temperature of the laser components. Furthermore, the operating frequency of the laser is naturally locked to the fiber Fabry-Perot resonance. This mechanism significantly increases the operational stability of the laser when the Fabry-Perot resonance is narrow compared to the free spectral region Δν = c / nL of the ring cavity. Here, c is the speed of light and L is the ring cavity length. This is due to the sharp dispersion curve of the Fabry-Perot resonance. The enhanced stability of the laser frequency f is expressed by the following equation.
[0024]
[Expression 1]
[0025]
Here, Φ ′ is the dispersion gradient of Fabry-Perot resonance. Example: Δν = 0.5 GHz, Φ ′ =-2π Rad / 0.25 GHz, the coefficient of the laser's operational stability with respect to the change in optical path length (nL) (depending on mechanical stress and temperature) is the fiber Fabry-Perot resonance This is “3”, which is better than that of a ring laser having no device.
[0026]
In addition to the above self-synchronizing mechanism, a frequency control servo is mounted to stabilize the laser frequency with respect to the reference frequency. The reference frequency can be either an internal Fabry-Perot resonance or an external locker.
[0027]
In the case of an internal synchronizer, the laser ring mode deviates from the peak propagation of resonance, and the laser output decreases. Therefore, the logic servo circuit repairs the ring mode to match the Fabry-Perot resonance.
[0028]
FIG. 3 shows a
[0029]
One embodiment of the
[0030]
FIG. 4A shows a
[0031]
FIG. 4B shows that the
[0032]
FIG. 5 shows a
[0033]
Several embodiments have been described. However, various changes and improvements are possible. For example, the two
[0034]
These and other variations and modifications are intended to be covered by the appended claims.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 illustrates a single mode fiber ring laser according to one embodiment.
FIG. 2 shows the operation of the fiber grating coupler used in the laser shown in FIG.
FIG. 3 shows a frequency controlled servo coupled to the laser shown in FIG.
FIG. 4A shows an example of a fiber laser comprising two or more fiber ring lasers coupled to a common fiber by sharing a common pump beam.
FIG. 4B shows an example of a fiber laser comprising two or more fiber ring lasers coupled to a common fiber by sharing a common pump beam.
FIG. 5 shows another embodiment of a single mode fiber ring laser.
Claims (22)
前記ファイバーリングに形成され、前記レーザ波長で光を反射する2個の離間したファイバ回折格子を含み、選択されたファイバーリングキャビティモードを伝播させるように作動するファイバーファブリペロー共振器と、
前記ファイバーリング中にて2つの異なるファイバーセグメントを共に結合し、前記ファイバーセグメント中にファイバ回折格子が形成されるように構成されるファイバ回折格子カプラとを備えた装置であって、
前記ファイバーセグメント中に形成されるファイバ回折格子は、前記2個の離間したファイバ回折格子とは独立していて、前記レーザ波長では、一方の前記ファイバーセグメントから前記ファイバーリング中の他方へ光を向けるように少なくとも部分的に反射性であるが、前記励起波長では、前記励起ビームを前記ファイバーリングから送出するように光に対して伝播性がある装置。A fiber ring having at least a portion that is doped to form a laser gain medium to absorb the excitation beam at the excitation wavelength and generate the laser beam at a laser wavelength different from the excitation wavelength;
A fiber Fabry-Perot resonator formed in the fiber ring and including two spaced fiber gratings that reflect light at the laser wavelength and operative to propagate selected fiber ring cavity modes;
An apparatus comprising : a fiber grating coupler configured to couple together two different fiber segments in the fiber ring and to form a fiber grating in the fiber segment;
The fiber grating formed in the fiber segment is independent of the two spaced fiber gratings and directs light from one fiber segment to the other in the fiber ring at the laser wavelength. An apparatus that is at least partially reflective, but is propagating to light at the excitation wavelength such that the excitation beam is emitted from the fiber ring.
前記2つの選択された位置で、それぞれが前記第1のファイバへ結合される2つの部分を有し、前記第1のファイバとともにファイバーリングを形成するように、第1と第2の結合領域を形成した第2のファイバと、
前記第1と前記第2の結合領域にそれぞれ形成され、その各々は、前記利得スペクトル領域内の波長では、前記ファイバーリング内の前記第1と前記第2のファイバの一方から他方へ光を反射するが、前記励起波長では前記ファイバーリングの外側へ光を伝播させるファイバ回折格子を有する第1と第2のファイバ回折格子カプラと、
前記第1と第2のファイバ回折格子カプラとは独立して前記ファイバーリング内の位置に形成された2個の離間したファイバ回折格子であって、前記利得スペクトル領域内の波長では光を反射する2個の離間したファイバ回折格子を含み、少なくとも一つのファイバーリングキャビティモードを選択して伝播させるように作動するファイバーファブリペロー共振器とを備えた装置。A first fiber having at least a portion between two selected positions doped to produce optical gain in the gain spectral region in response to an optical pump beam at a pump wavelength outside the gain spectral region;
The first and second coupling regions have two portions each coupled to the first fiber at the two selected locations, and form a fiber ring with the first fiber. A second fiber formed;
Formed in the first and second coupling regions, respectively, each reflecting light from one of the first and second fibers in the fiber ring to the other at a wavelength in the gain spectral region However, first and second fiber grating couplers having fiber gratings that propagate light outside the fiber ring at the excitation wavelength;
The first and the second fiber grating coupler a two spaced fiber gratings which are formed independently to a location in the fiber ring, to reflect light in the wavelength of the gain spectrum in the region It comprises two spaced apart fiber gratings, and a fiber Fabry-Perot resonator operates so that propagate select at least one fiber ring cavity mode device.
前記ファイバーリング内の選択された位置に係止され、制御信号に応答して前記ファイバーリング内の光経路の長さを変更するファイバ素子と、
前記誤差信号を受信して、前記制御信号を生成するように接続される制御回路とを備えた装置。The apparatus of claim 6, further pre Symbol receive either coupled to a portion the light from the fiber ring of the fiber ring, generating an error signal by the frequency difference between the frequency and the reference frequency of the received optical a false difference signal generator for,
A fiber element that is locked at a selected position in the fiber ring and changes the length of the optical path in the fiber ring in response to a control signal;
For receiving the error signal, and a control circuit connected to generate the control signal device.
前記2つの選択された位置とは別の2つの選択された位置で、前記第1のファイバへそれぞれ結合される2つの部分を有し、前記第1のファイバとともに前記ファイバーリングから分離した別のファイバーリングを形成できるように、第3と第4の結合領域を形成した第3のファイバと、
前記第3と前記第4の結合領域内にそれぞれ形成される第3と第4のファイバ回折格子カプラであって、その各々は、前記別のファイバーリング内の前記第1と前記第3のファイバの一方から他方へ、前記別の利得スペクトル領域内の波長では光を反射するが、前記励起波長では、前記別のファイバーリングの外側へ光を伝播させるカプラと、
前記第3と第4のファイバ回折格子カプラとは独立して前記別のファイバーリング内の位置に形成された2個の離間したファイバ回折格子であって、前記別の利得スペクトル領域内の波長では光を反射する2個の離間したファイバ回折格子を含み、前記別のファイバーリングの少なくとも一つのキャビティモードを選択して伝播させるように作動する別のファイバーファブリペロー共振器とを備えた装置。7. The apparatus of claim 6, further comprising the other doped portion outside the portion between the two positions in the first fiber and outside the other gain spectral region. A portion that generates an optical gain in the another gain spectral region in response to the optical excitation beam at a wavelength;
Another portion separated from the fiber ring together with the first fiber, the two portions coupled respectively to the first fiber at two selected locations different from the two selected locations. A third fiber formed with third and fourth coupling regions so as to form a fiber ring;
Third and fourth fiber grating couplers formed in the third and fourth coupling regions, respectively, each of the first and third fibers in the separate fiber ring A coupler that reflects light from one of the other wavelengths at a wavelength in the other gain spectral region but propagates light outside the other fiber ring at the excitation wavelength;
The third and the fourth fiber grating coupler a two spaced fiber gratings which are formed independently to a location in said other fiber ring, a wavelength of the further gain spectral region It comprises two spaced apart fiber gratings for reflecting light, a device and a separate fiber Fabry-Perot resonator you operate to propagate select at least one of the cavity modes of the further fiber ring.
前記励起ビームを伝播させて、前記励起波長と異なる波長の一つ以上を反射するように、ファイバ回折格子カプラを用いて前記ファイバーリングを構成するために2つの異なるセグメントを共に結合するステップと、
前記2つの異なるセグメントを結合するファイバ回折格子カプラとは独立した2個のファイバ回折格子を用いて前記ファイバーリング内にファイバーファブリペロー共振器を形成し、レーザを生成するために前記ファイバーリングの一つのモードを選択するステップとを備えた方法。Coupling an excitation beam at the excitation wavelength to a fiber ring having a doped gain zone that generates photons at a wavelength different from the excitation wavelength;
The excitation beam is propagated to the above wherein at one excitation wavelength different to morphism anti, the steps together combine two different segments for constituting the fiber ring using fiber Bragg grating coupler ,
A fiber Fabry-Perot resonator is formed in the fiber ring using two fiber gratings independent of a fiber grating coupler that couples the two different segments, and one of the fiber rings is used to generate a laser. Selecting a mode.
前記偏差を用いて前記ファイバーリングの長さまたは温度を制御し、前記周波数偏差を減少させるステップとを備えた方法。The method of claim 16, further comprising receiving a portion of the laser and measuring the laser frequency deviation from a reference frequency;
Using the deviation to control the length or temperature of the fiber ring to reduce the frequency deviation.
前記偏差を用いて前記ファイバーリングの長さを制御し、前記周波数偏差を減少させるステップとを備えた方法。The method of claim 18, wherein an internal fiber resonator is used as a reference frequency and the frequency deviation is measured using a portion of the laser output;
Using the deviation to control the length of the fiber ring to reduce the frequency deviation.
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